WO2024019390A1 - 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

Info

Publication number
WO2024019390A1
WO2024019390A1 PCT/KR2023/009793 KR2023009793W WO2024019390A1 WO 2024019390 A1 WO2024019390 A1 WO 2024019390A1 KR 2023009793 W KR2023009793 W KR 2023009793W WO 2024019390 A1 WO2024019390 A1 WO 2024019390A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
cover
cell
battery module
module
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/009793
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
허삼회
김수열
신진규
정기택
정혜미
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020230065188A external-priority patent/KR20240012290A/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024019390A1 publication Critical patent/WO2024019390A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • B60L1/04—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits fed by the power supply line
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/367—Internal gas exhaust passages forming part of the battery cover or case; Double cover vent systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle including the same. More specifically, the present invention relates to a battery module having excellent safety against thermal events, a battery pack including the same, and a vehicle including the same. It's about.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte solution.
  • secondary batteries can be classified into can-type batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • Lithium secondary batteries which have been widely used recently, have an operating voltage of approximately 2.5V to 4.5V. Therefore, in the case of electric vehicles or power storage devices that require large capacity and high output, a battery module or battery pack is constructed by connecting multiple lithium secondary batteries in series and/or parallel and used as an energy source. In particular, in order to satisfy the output or capacity required for electric vehicles, a large number of lithium secondary batteries are included in battery modules or battery packs.
  • high-temperature gas and particles electrodes or active materials detached from the electrode assembly, etc.
  • the ejected high-temperature gas and particles cause thermal damage to other battery cells, causing heat to rapidly spread between battery cells within the battery module.
  • the present invention was created to solve the above technical problems, and is a battery module that can alleviate the rate of increase in internal pressure to prevent rapid collapse or explosion of the battery module when a thermal event occurs inside the battery module.
  • the purpose is to provide.
  • a plurality of pouch-type battery cells a module case in which the plurality of pouch-type battery cells are stored and a venting hole is formed;
  • the module case In the inner space of the module case, it includes a cell cover that at least partially surrounds and supports at least some of the pouch-type battery cells among the plurality of pouch-type battery cells, and at least a portion of the cell cover is inserted into the venting hole.
  • a battery module may be provided.
  • the cell cover may be configured to support the at least one battery cell in an upright position.
  • the cell cover may be configured to partially surround the battery cell to form an opening where at least one side of the wrapped battery cell is exposed toward the module case.
  • the opening may communicate with the venting hole.
  • the cell cover may be configured as a bent plate.
  • the cell cover includes: a first cover portion covering one side of at least one battery cell among the plurality of battery cells; a second cover portion covering the other side of at least one battery cell among the plurality of battery cells; and a third cover part connecting the first cover part and the second cover part and covering an upper portion of the at least one battery cell, wherein the lower end of the first cover part and the lower end of the second cover part are formed.
  • a protrusion is formed on some portions, and the protrusion can be inserted into the venting hole.
  • a bent portion may be formed in the protrusion.
  • the bent portion may be bent once in the inward direction from the lower end of the first cover or the lower end of the second cover and then bent once more in the downward direction.
  • At least one of the lower end of the first cover part and the lower end of the second cover part may extend to the outside of the venting hole.
  • the at least one battery cell may be adhered and fixed to inner surfaces of the first and second cover parts.
  • an opening exposed toward the module case may be formed.
  • the cell cover may include an insulating coating layer on the inner side.
  • the cell cover may be formed as one piece.
  • a battery pack including the above-described battery module may be provided.
  • a vehicle including the above-described battery module can be provided.
  • a battery module that can prevent internal pressure from rapidly rising when a thermal event occurs inside the battery module can be provided.
  • the internal pressure of the battery module can be safely and effectively relieved by directional venting the venting gas to the outside of the battery module while slowing the pressure increase rate.
  • the present invention prevents the collapse or explosion of a battery module in which a thermal event occurs, thereby preventing or delaying heat propagation to other battery modules adjacent to the battery module as much as possible.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • Figure 1 is a combined perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1.
  • Figure 3 is a partial perspective view of a battery cell wrapped in a cell cover in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the battery cell and cell cover in FIG. 3 separated.
  • Figure 5 is a front view of Figure 3.
  • Figure 6 is an enlarged view of portion A of Figure 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line XX' of FIG. 1.
  • Figure 8 is an enlarged view of part B of Figure 7.
  • Figure 9 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Coupled to refers not only to the case where one member and another member are directly coupled or directly connected, but also when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly connected to another member. Also includes cases where it is connected to .
  • Figure 1 is a combined perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an separated perspective view of Figure 1
  • Figure 3 is a battery cell wrapped in a cell cover in a battery module according to an embodiment of the present invention. It is a partial perspective view
  • FIG. 4 is a perspective view of the battery cell and cell cover in FIG. 3 separated.
  • the battery module 10 includes a pouch-type battery cell 100, a module case 200, and a cell cover 300.
  • the battery cell 100 may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch exterior material. That is, the battery cell 100 corresponds to the basic unit of charging and discharging, and can be manufactured by storing an electrode assembly and an electrolyte material inside a soft metal case and sealing the metal case. In this case, the electrode assembly can be manufactured by interposing a separator between the anode electrode and the cathode electrode.
  • electrode leads 110 electrically connected to the electrode assembly may be provided at the front and rear ends of the battery cell 100.
  • This battery cell 100 may be configured in a pouch shape.
  • a plurality of such pouch-type battery cells 100 may be included in the battery module 10 . And, these plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in at least one direction.
  • an empty space is formed inside the module case 200, and a plurality of pouch-type battery cells 100 are stored in this inner space. And, the pouch-type battery cell 100 can be directly seated in the module case 200.
  • a venting hole 211 may be formed in the module case 200 to discharge high-temperature gas and particles when a thermal event occurs.
  • the flame can also be guided through the venting hole 211 in a preset direction, for example, in a direction where another battery module 10 is not installed, and discharged to the outside.
  • the venting hole 211 may be formed at various locations in the module case 200, but for example, may be formed on the lower side of the module case 200. However, it is not limited to this.
  • a heat transfer material (Thermal Interface Material (TIM) may be included.
  • TIM Thermal Interface Material
  • a heat transfer material is a material used to increase the heat transfer performance of each component between different components.
  • the heat transfer material may be thermal resin 240, 400, and a thermal pad may be used as needed. As a result, the cooling performance of the battery module 10 can be further improved.
  • the module case 200 may include a lower frame 210, a side frame 220, and an upper cover 230.
  • the module case 200 may be made of plastic or metal.
  • the module case 200 may employ various exterior materials of the battery module 10 known at the time of filing of the present invention.
  • the module case 200 may be formed in a box shape.
  • a plurality of battery cells 100 are mounted on the lower frame 210.
  • the venting hole 211 described above may be formed in the lower frame 210.
  • the venting hole 211 may be formed in various shapes, for example, as shown in FIG. 2, but may be formed in a square shape, but is not limited thereto. Additionally, a plurality of venting holes 211 may be formed, and the plurality of venting holes 211 may be formed in a straight line and spaced apart at a preset interval.
  • the side frame 220 extends upward from the edge of the lower frame 210.
  • the upper cover 230 is coupled to the side frame 220 and covers the side frame 220 and the lower frame 210.
  • the cell cover 300 may be provided to at least partially cover at least some of the plurality of pouch-type battery cells 100 . That is, the cell cover 300 may be configured to partially surround the pouch-type battery cell 100 so that at least one side of the pouch-type battery cell 100 surrounded by the cell cover 300 is exposed to the outside. This exposed structure facilitates cooling and allows gases and particles to be easily discharged. And, at least a portion of the cell cover 300 is configured to be inserted into the venting hole 211. A detailed description of this will be provided later.
  • a cell cover 300 configured to surround at least some of the pouch-type battery cells 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100 may be stored in the internal space of the module case 200.
  • the cell cover 300 may be configured to surround a various number of pouch-type battery cells 100 together. For example, as shown in FIGS. 3 and 4 , one cell cover 300 may be configured to surround two pouch-type battery cells 100 together. Alternatively, one cell cover 300 may be configured to surround one pouch-type battery cell 100. Alternatively, one cell cover 300 may be configured to surround three or more pouch-type battery cells 100 together.
  • the cell cover 300 may be configured to support at least one pouch-type battery cell 100 in an upright state. In general, it is not easy to stack the pouch-type battery cells 100 in a vertical direction. However, in the battery module 10 according to an embodiment of the present invention, the cell cover 300 surrounds one or more pouch-type battery cells 100 in an upright state of the wrapped pouch-type battery cells 100, that is, , may be configured to maintain an upright position.
  • the cell cover 300 may be formed as one piece.
  • the cell cover 300 may be constructed by bending a metal plate with a plate structure. That is, the cell cover 300 may be formed as a bent plate.
  • the cell cover 300 may be made of a material containing stainless steel (SUS), which is easy to process, has high corrosion resistance, and has excellent mechanical strength and rigidity. However, it is not limited to this, and the cell cover 300 may be made of various materials other than SUS to ensure rigidity.
  • the cell cover 300 may be made of a metal material. For example, it may be made of a chromium (CR) series metal material. In the case of such a metal material, the stacked state of the battery cells 100 can be maintained more stably and the battery cells 100 can be more safely protected from external shock.
  • SUS stainless steel
  • CR chromium
  • the cell cover 300 when the cell cover 300 is made of a steel material such as SUS, the overall structure can be stably maintained when a flame occurs from the battery cell 100 due to its high melting point.
  • the steel material has a higher melting point than the aluminum material, so its shape can be stably maintained without being melted by the flame emitted from the battery cell 100. Accordingly, excellent flame propagation prevention and delay effects between battery cells 100, venting control effects, etc. can be secured.
  • the cell cover 300 may include an insulating coating layer (not shown) on its inner surface.
  • the insulating coating layer (not shown) may be coated, applied, or attached with any one of silicone resin, polyamide, and rubber. According to the configuration of the insulating coating layer of the cell cover 300 according to this embodiment, the insulating coating effect can be maximized with a minimum amount of coating. Additionally, an insulating coating layer (not shown) is applied to the inner surface of the cell cover 300, so that the insulation between the battery cell 100 and the cell cover 300 can be strengthened.
  • the cell cover 300 may be configured so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell 100 is exposed toward the bottom surface of the battery module 10.
  • the lower part of the pouch-type battery cell 100 may be in direct contact with the lower frame 210 of the module case 200, and the heat emitted from each pouch-type battery cell 100 may be transferred to the module case 200. Since it is delivered directly, the cooling performance of the battery cell 100 can be improved.
  • a separate structure is formed between the pouch-type battery cell 100 and the module case 200 by the structure described above, that is, the pouch-type battery cell 100 is in direct contact with the lower frame 210 of the module case 200. Sufficient cooling performance can be expected even if the cooling structure is not provided.
  • the cell cover 300 may include a first cover part 310, a second cover part 320, and a third cover part 330. Additionally, end covers 250 and 260 (see FIG. 2) may be provided in front and behind the cell cover 130.
  • the first cover part 310 may be configured to cover one side of at least one battery cell 100 among the plurality of battery cells 100.
  • the first cover part 310 may be configured to extend downward from one end of the third cover part 330.
  • the first cover part 310 may be configured to extend downward from the right end of the third cover part 330.
  • the first cover part 310 may be configured to cover the wide surface of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the second cover portion 320 may be configured to cover the other side of at least one battery cell 100 among the plurality of battery cells 100.
  • the second cover part 320 may be positioned to be spaced apart from the first cover part 310 in the horizontal direction.
  • the second cover part 320 may be configured to extend downward from the other end of the third cover part 330.
  • the second cover part 320 may be configured to extend downward from the left end of the third cover part 330.
  • the second cover part 320 may be configured to cover the wide surface of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the third cover part 330 connects the first cover part 310 and the second cover part 320 and covers the upper part of at least one battery cell 100.
  • the cell cover 300 partially surrounds the battery cell 100 to form an opening 340 in which at least one side of the wrapped battery cell 100 is exposed toward the module case 200.
  • the cooling efficiency of the battery module 10 can be further improved.
  • a portion of each battery cell 100 may be directly exposed to the module case 200 through the opening 340, so that heat from each battery cell 100 may be absorbed into the module case 200. It can be effectively discharged to the outside through (200).
  • the opening portion 340 includes an end opposite to the end of the first cover portion 310 connected to the third cover portion 330 and a third cover portion among the ends of the second cover portion 320. It may be formed to face the module case 200 between the ends opposite to the end connected to (330).
  • Figure 5 is a front view of Figure 3
  • Figure 6 is an enlarged view of part A of Figure 5
  • Figure 7 is a cross-sectional view taken along XX' of Figure 1
  • Figure 8 is an enlarged view of part B of Figure 7. .
  • the above-described opening 340 may be configured to communicate with the venting hole 211 . Accordingly, gas or particles may move through the opening 340 in the direction of the arrow in FIG. 8 and then be discharged to the outside through the venting hole 211.
  • protrusions 350 may be formed on the lower end of the first cover part 310 and a portion of the lower end of the second cover part 320. That is, referring to FIG. 5 , the protrusion 350 may extend downward from the lower end of the first cover part 310 or the lower end of the second cover part 320 and may be formed as one piece. However, it is not limited to this, and the protrusion 350 may be manufactured separately and then coupled to the first cover part 310 or the second cover part 320 by welding or the like. Additionally, the method of joining the protrusions 350 is not limited to welding.
  • the protrusion 350 of the lower end of the first cover part 310 and the protrusion 350 of the lower end of the second cover part 320 are connected to the venting hole 211. is inserted.
  • high temperature gas or particles flow through the venting hole 211. It can guide what is discharged to the outside.
  • a bent portion 351 may be formed on the protruding portion 350. That is, a bent protrusion 350 may be formed on at least one of the lower end of the first cover part 310 and the lower end of the second cover part 320.
  • the bent portion 351 is bent once inward from the lower end of the first cover portion 310 or the lower end of the second cover portion 320 (see 351a) and then bent once more toward the bottom (351b). (Reference) can be manufactured in the form shown. However, it is not limited to this. Also, by bending the bent portion 351 twice, the protruding portion 350 can be accurately inserted into the venting hole 211.
  • the present invention it is possible to delay the increase in internal pressure when a thermal event occurs inside the battery module 10. Additionally, the internal pressure of the battery module 10 can be safely and effectively relieved by directional venting the gas to the outside of the battery module 10. Furthermore, when the battery pack 20 is constructed using the battery module 10 according to an embodiment of the present invention, even if a thermal event occurs, explosion of the battery module 10 due to a sudden increase in pressure can be prevented. The spread of thermal damage to other surrounding battery modules 10 can be prevented or delayed as much as possible.
  • At least one of the lower end of the first cover part 310 and the lower end of the second cover part 320 may be configured to extend to the outside of the venting hole 211. In this way, if the lower end of the first cover part 310 or the lower end of the second cover part 320 extends to the outside of the venting hole 211, the movement path of the gas can be accurately guided in a preset direction.
  • the pouch-type battery cells 100 may be fixed to the inner surfaces of the first cover part 310 and the second cover part 320 by being adhered to them.
  • the member for adhesion may be thermally conductive. Through this adhesion, the cell cover 300 is firmly coupled to the battery cell 100 and can help discharge heat generated in the battery cell 100 to the outside of the battery cell 100.
  • the internal space may be limited by the first cover part 310, the second cover part 320, and the third cover part 330 of the cell cover 300. Also, one or more battery cells 100 can be accommodated in the limited internal space of the cell cover 300.
  • the cell cover 300 may be configured in an 'n' shape, a 'u' shape, or a ' ⁇ ' shape that surrounds three sides of at least one battery cell 100. And, referring to FIG. 2, the cell cover 300 may be configured so that a plurality of battery cells 100 can be stacked in the horizontal direction while standing vertically.
  • each cell cover 300 is configured to surround one or more battery cells 100, and a plurality of battery cells 100 are each surrounded by the cell cover 300. They may be stacked on each other in the Y-axis direction of Figure 2. In this case, the configuration in which the plurality of battery cells 100 are stacked side by side in the Y-axis direction in an upright state can be stably maintained by the cell cover 300.
  • the cell cover 300 surrounds three sides of at least one battery cell 100, so that the bus bars or terminals of each unit can be easily located on the side that is not surrounded by each cell cover 300.
  • the battery cell 100 such as the pouch-type battery cell 100, may be said to be formed approximately hexahedron.
  • electrode leads 110 that is, a negative electrode lead and a positive electrode lead, may be formed on two of the six surfaces.
  • the cell cover 300 is provided to cover at least a portion of three of the four sides of the six-sided battery cell 100, excluding the two sides where the electrode leads 110 are formed.
  • the module case 200 of the battery module 10 may be removed and the battery cell 100 may be directly stored in the pack case of the battery pack 20. According to this, since more battery cells 100 can be stored in the space occupied by the module case 200 of the battery module 10 within the battery pack 20, space efficiency is increased and battery capacity is improved. there is. That is, in the modified embodiment, the module case 200 of the battery module 10 may not be included in the configuration.
  • Figure 9 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 20 may include one or more battery modules 10 according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack 20 includes, in addition to the battery module 10, a housing for storing the battery module 10, various devices for controlling charging and discharging of the battery module 10, such as a BMS, and a current. Additional sensors, fuses, etc. may be included.
  • the vehicle 30 may include one or more of the above-described battery module 10 or battery pack 20, and the battery pack 20 includes the battery module 10. may be included.
  • the battery pack 20 is installed in the car 30, but if necessary, the battery module 10 according to an embodiment of the present invention described above may be installed directly in the car 30.
  • the battery pack 20 or battery module 10 is the automobile 30, for example, various automobiles (30) that are provided to use electricity, such as electric vehicles or hybrid vehicles. ) can be applied.
  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle including the same, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 모듈 케이스의 내부 공간에서, 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 셀 커버의 적어도 일부분이 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 출원은 2022년 07월 20일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0089573호 및 2023년 05월 19일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2023-0065188호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열적 이벤트에 대한 안전성 등이 우수한 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근 많이 사용하고 있는 리튬 이차전지는 하나당 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 대용량 및 고출력이 요구되는 전기자동차나 전력저장장치의 경우, 다수의 리튬 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하고 이를 에너지원으로 사용한다. 특히, 전기자동차에 요구되는 출력이나 용량을 만족시키기 위해, 배터리 모듈이나 배터리 팩에는 매우 많은 개수의 리튬 이차전지들이 포함된다.
한편, 중대형 배터리 모듈이나 배터리 팩은, 열적 이벤트가 발생한 때를 대비할 수 있게 설계하는 것이 중요하다.
예컨대, 배터리 셀은 열 폭주가 심화되면 고온의 가스와 파티클(전극 조립체에서 탈리된 전극 또는 활물질 등)이 분출될 수 있다. 이때 분출된 고온의 가스와 파티클이 다른 배터리 셀들에 열적 데미지를 주게 되어 배터리 모듈 내부의 배터리 셀들 간에 열이 급속도로 전파될 수 있다.
더욱이, 배터리 셀들의 열 폭주로 인해 다량의 가스가 발생하게 되면 모듈 케이스의 내부 압력이 빠르게 증가하고 그 결과 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발이 야기될 수 있다. 이 경우, 화재가 더욱 빠르게 확대되어 걷잡을 수 없게 되고, 그로 인해 인명 사고 등 2차 피해가 발생할 우려가 커진다. 그러므로 위와 같은 상황을 억제 내지 지연시킬 수 있도록, 배터리 셀들에서 다량의 가스가 발생할 경우를 대비하여 배터리 모듈을 설계할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 내부에 열적 이벤트가 발생한 때, 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발이 급속하게 일어나지 않도록 내부 압력의 상승 속도를 완화시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 상기 셀 커버의 적어도 일부분이 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 감싸진 배터리 셀의 적어도 일측이 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부를 형성하도록 상기 배터리 셀을 부분적으로 감싸도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개방부는 상기 벤팅 홀과 연통될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는, 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부; 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부; 및 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 상단 부분을 커버하는 제3 커버부를 포함하며, 상기 제1 커버부의 하측 단부와, 상기 제2 커버부의 하측 단부의 일부에는 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 벤팅 홀에 삽입될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌출부에는 절곡부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절곡부는 상기 제1 커버부의 하측 단부 또는 상기 제2 커버부의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 커버부의 하측 단부 및 상기 제2 커버부의 하측 단부 중 적어도 하나는 상기 벤팅 홀의 외측까지 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 상기 제1 커버부와 제2 커버부의 내측면에 접착되어 고정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 및 상기 제2 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 내측면에 절연 코팅층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 일체로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 내부에 열적 이벤트가 발생한 때, 내부 압력이 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압력 상승 속도를 늦추면서 배터리 모듈의 외부로 벤팅 가스를 디렉셔널 벤팅시킴으로써 안전하고 효과적으로 배터리 모듈의 내부 압력을 해소할 수 있다.
더 나아가 본 발명은, 열적 이벤트가 발생한 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발을 막아 해당 배터리 모듈과 인접한 다른 배터리 모듈로의 열 전파를 방지하거나, 최대한 지연시킬 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리 셀이 셀 커버에 감싸진 모습의 부분 사시도이다.
도 4는 도 3에서 배터리 셀과 셀 커버가 분리된 모습의 사시도이다.
도 5는 도 3의 정면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분의 확대도이다.
도 7은 도 1의 X-X'을 따라 바라본 단면도이다.
도 8은 도 7의 B 부분의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리 셀이 셀 커버에 감싸진 모습의 부분 사시도이고, 도 4는 도 3에서 배터리 셀과 셀 커버가 분리된 모습의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 파우치형 배터리 셀(100)과, 모듈 케이스(200)와, 셀 커버(300)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)은 충전 및 방전의 기본 단위에 해당하는 것으로서, 연질의 금속 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질 물질을 수납하고 해당 금속 케이스를 실링하는 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체는 양극 전극과 음극 전극 사이에 분리막을 개재시키는 방식으로 제조될 수 있다.
또한, 배터리 셀(100)의 전단과 후단에는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드(110)가 마련될 수 있다. 이러한 배터리 셀(100)은 파우치(pouch) 형태로 구성될 수 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀(100)은 배터리 모듈(10)에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다.
도 2를 참조하면, 모듈 케이스(200)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 수납된다. 그리고, 파우치형 배터리 셀(100)은 모듈 케이스(200)에 직접적으로 안착될 수 있다.
더욱이, 모듈 케이스(200)에는 열적 이벤트 발생시 고온의 가스와 파티클을 배출하는 벤팅 홀(211)이 형성될 수 있다. 그리고, 화염도 벤팅 홀(211)을 통해 미리 설정된 방향으로, 예를 들어, 다른 배터리 모듈(10)이 설치되지 않은 방향으로 유도하여 외부로 배출시킬 수 있다. 벤팅 홀(211)은 모듈 케이스(200)의 다양한 위치에 형성될 수 있지만, 예를 들어, 모듈 케이스(200)의 하측에 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 모듈 케이스(200)와 파우치형 배터리 셀(100) 사이, 모듈 케이스(200)와 셀 커버(300) 사이 또는 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 사이에 열 전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)이 개재될 수 있다. 열 전달 물질은 서로 다른 구성요소 사이에서 각 구성요소들의 열 전달 성능을 높이기 위한 물질이다.
여기서, 열 전달 물질은 써멀 레진(240, 400)일 수 있으며, 필요에 따라 써멀 패드가 사용될 수도 있다. 이에 의해, 배터리 모듈(10)의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈 케이스(200)는 하부 프레임(210)과, 측면 프레임(220)과, 상부 커버(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 모듈 케이스(200)는 플라스틱 또는 금속 재질로 제작될 수 있다. 그 밖에도, 모듈 케이스(200)는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 모듈(10)의 외장재 재질을 채용할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(200)는 박스 형태로 형성될 수 있다.
하부 프레임(210)에는 복수의 배터리 셀(100)이 안착된다. 여기서, 전술한 벤팅 홀(211)은 하부 프레임(210)에 형성될 수 있다. 벤팅 홀(211)은 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 2에서와 같이 사각형, 특히 정사각형으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 벤팅 홀(211)은 복수개 형성되며, 복수의 벤팅 홀(211)이 미리 설정된 간격으로 이격되어 직선 방향으로 형성될 수 있다. 측면 프레임(220)은 하부 프레임(210)의 가장자리로부터 상측을 향해 연장된다. 상부 커버(230)는 측면 프레임(220)에 결합되며, 측면 프레임(220)과 하부 프레임(210)을 커버한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 셀 커버(300)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 노출 구조에 의해 냉각이 용이해지고, 가스와 파티클 등이 쉽게 배출될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)의 적어도 일부분이 벤팅 홀(211)에 삽입되도록 구성된다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
도 2를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성된 셀 커버(300)가 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 수납될 수 있다.
셀 커버(300)는 다양한 개수의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서와 같이 하나의 셀 커버(300)가 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)는 1개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수도 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)가 3개 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있다.
셀 커버(300)는 적어도 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 파우치형 배터리 셀(100)은 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉, 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 일체로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)는 판 구조의 금속 플레이트를 절곡시키는 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
셀 커버(300)는 가공이 용이하고 내식성이 높으며, 기계적 강도 내지 강성이 우수한 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 셀 커버(300)는 강성 확보를 위해, SUS 이외의 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(300)는 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어 크롬(CR) 계열의 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 배터리 셀(100)들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 앞서 예로 든 바와 같이 셀 커버(300)가 SUS와 같은 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해 배터리 셀(100)로부터 화염 발생 시 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 배터리 셀(100)로부터 분출된 화염에 용융되지 않고 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
셀 커버(300)는 내측면에 절연 코팅층(미도시)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(미도시)은 실리콘 수지, 폴리 아미드(Polyamide) 및 고무 중 어느 하나의 절연성 소재를 코팅, 도포 또는 부착한 것일 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 셀 커버(300)의 절연 코팅층 구성에 의하면, 최소한의 코팅 양으로 절연 코팅 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 절연 코팅층(미도시)이 셀 커버(300)의 내측면에 적용되어 있어서 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 간의 절연성이 강화될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)는 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 배터리 모듈(10)의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 하부가 모듈 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉될 수 있고 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 모듈 케이스(200)로 직접 전달되므로 배터리 셀(100)의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 전술한 구조, 즉, 파우치형 배터리 셀(100)이 모듈 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉하는 구조에 의해 파우치형 배터리 셀(100)과 모듈 케이스(200) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 충분한 냉각 성능을 기대할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 셀 커버(300)는 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(130)의 전방과 후방에는 엔드 커버(250, 260, 도 2 참조)가 구비될 수 있다.
제1 커버부(310)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 일 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 커버부(310)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제2 커버부(320)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 타 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제2 커버부(320)는 제1 커버부(310)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 좌측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고 제2 커버부(320)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제3 커버부(330)는 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)를 연결하고 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 상단 부분을 커버한다.
여기서, 셀 커버(300)는 감싸진 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 모듈 케이스(200)를 향하여 노출되는 개방부(340)를 형성하도록 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸고 있다. 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성의 경우, 각 배터리 셀(100)의 일부가 개방부(340)를 통해 모듈 케이스(200)에 직접 노출될 수 있으므로, 각 배터리 셀(100)의 열이 모듈 케이스(200)를 통해 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
이를 위해, 개방부(340)는 제1 커버부(310)의 단부 중 제3 커버부(330)와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부와, 제2 커버부(320)의 단부 중 제3 커버부(330)와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에서 모듈 케이스(200)를 향하도록 형성될 수 있다.
도 5는 도 3의 정면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분의 확대도이며, 도 7은 도 1의 X-X'을 따라 바라본 단면도이고, 도 8은 도 7의 B 부분의 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전술한 개방부(340)는 벤팅 홀(211)과 연통되도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 도 8의 화살표 방향으로 가스 또는 파티클 등이 개방부(340)를 통해 이동 후 벤팅 홀(211)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 제1 커버부(310)의 하측 단부와, 제2 커버부(320)의 하측 단부의 일부에는 돌출부(350)가 형성될 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 돌출부(350)는 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부로부터 하측으로 연장되어 일체형으로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 돌출부(350)가 별도로 제작된 후 용접 등에 의해 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)에 결합되도록 구성될 수도 있다. 또한, 돌출부(350)의 결합 방식이 용접에 한정되는 것도 아니다.
그리고, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 커버부(310)의 하측 단부의 돌출부(350)와, 제2 커버부(320)의 하측 단부의 돌출부(350)는 벤팅 홀(211)에 삽입된다. 이와 같이, 제1 커버부(310)의 돌출부(350)와 제2 커버부(320)의 돌출부(350)가 벤팅 홀(211)에 삽입되면 고온의 가스 또는 파티클이 벤팅 홀(211)을 통해 외부로 배출되는 것을 가이드할 수 있다.
즉, 셀 커버(300)와 벤팅 홀(211) 사이가 돌출부(350)에 의해 완전히 막혀 틈이 생기지 않으므로 고온의 가스 또는 파티클이 다른 방향으로 새어나가지 않을 뿐만 아니라(고온의 가스 또는 파티클이 다른 방향으로 새어나가면 이웃하는 배터리 모듈 등으로 전파되어 열 전이 현상이 발생될 수 있음), 고온의 가스 또는 파티클을 미리 설정된 방향으로 배출할 수 있고, 이에 의해, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하더라도 이웃하는 다른 배터리 모듈로의 열 전파를 방지하거나, 최대한 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 하나의 실시예로, 돌출부(350)에는 절곡부(351)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 커버부(310)의 하측 단부와, 제2 커버부(320)의 하측 단부 중 적어도 하나에는 절곡된 돌출부(350)가 형성될 수 있다. 절곡부(351)는 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡(351a 참조)된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡(351b 참조)된 형태로 제작될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 절곡부(351)가 2번 절곡되는 것에 의해 돌출부(350)가 벤팅 홀(211)에 정확하게 삽입될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 구성들에 의하면, 배터리 모듈(10)의 내부에서 열적 이벤트가 발생한 때 내부 압력의 상승을 지연시킬 수 있다. 또한, 가스를 배터리 모듈(10)의 외부로 디렉셔널 벤팅시킴으로써 안전하고 효과적으로 배터리 모듈(10)의 내부 압력을 해소할 수 있다. 나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 사용하여 배터리 팩(20)을 구성할 경우, 열적 이벤트가 발생하더라도, 급격한 압력 상승으로 인한 배터리 모듈(10)의 폭발을 방지할 수 있어 주변의 다른 배터리 모듈(10)로 열적 데미지가 전파되는 것을 방지하거나, 최대한 지연시킬 수 있다.
한편, 필요에 따라 제1 커버부(310)의 하측 단부와 제2 커버부(320)의 하측 단부 중 적어도 하나는 벤팅 홀(211)의 외측까지 연장되게 구성될 수도 있다. 이와 같이 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부가 벤팅 홀(211)의 외측까지 연장되면 가스의 이동 경로를 미리 설정된 방향으로 정확하게 유도할 수 있다.
복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)은 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)의 내측면에 접착되어 고정될 수 있다. 접착을 위한 부재는 열전도성일 수 있다. 이러한 접착을 통하여 셀 커버(300)는 배터리 셀(100)에 견고하게 결합되며 배터리 셀(100)에서 발생되는 열을 배터리 셀(100) 외부로 배출하는 데에 도움이 될 수 있다.
셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 셀 커버(300)의 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸는 'n'자 형태, 'u'자 형태 또는 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 도 2를 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 각각의 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되고, 셀 커버(300)에 각각 둘러싸인 복수의 배터리 셀(100)이 도 2의 Y축 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)에 의해, 복수의 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 Y축 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸도록 함으로써, 각 셀 커버(300)로 감싸지지 않는 측면에 버스바나 각 유닛의 단자를 쉽게 위치시킬 수 있다. 파우치형 배터리 셀(100)과 같은 배터리 셀(100)은 대략 6면체로 형성된다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)는 6면의 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
한편, 변형 실시예로 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)를 제거하고 배터리 셀(100)을 배터리 팩(20)의 팩 케이스에 직접 수납하도록 구성될 수도 있다. 이에 의하면, 배터리 팩(20) 내에서 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200) 등이 차지하던 공간에 배터리 셀(100)을 더 수납할 수 있으므로 공간 효율성이 증대되고 배터리 용량이 향상되는 효과가 있다. 즉, 변형 실시예에서 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)는 구성에 포함되지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(20)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 하우징, 배터리 모듈(10))의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(30)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(20)을 하나 이상 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(20)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 도 9에는 자동차(30)에 배터리 팩(20)이 설치되어 있지만, 필요에 따라서는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)이 직접 자동차(30)에 설치될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20) 또는 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(30), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 각종 자동차(30)에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 특히, 이차 전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (15)

  1. 복수의 파우치형 배터리 셀들;
    상기 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며,
    상기 셀 커버의 적어도 일부분이 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 기립 상태로 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 감싸진 배터리 셀의 적어도 일측이 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부를 형성하도록 상기 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방부는 상기 벤팅 홀과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부;
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부; 및
    상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 상단 부분을 커버하는 제3 커버부를 포함하며,
    상기 제1 커버부의 하측 단부와, 상기 제2 커버부의 하측 단부의 일부에는 돌출부가 형성되며,
    상기 돌출부는 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부에는 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 제1 커버부의 하측 단부 또는 상기 제2 커버부의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 커버부의 하측 단부 및 상기 제2 커버부의 하측 단부 중 적어도 하나는 상기 벤팅 홀의 외측까지 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀은 상기 제1 커버부와 제2 커버부의 내측면에 접착되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 및 상기 제2 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 내측면에 절연 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
PCT/KR2023/009793 2022-07-20 2023-07-10 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 WO2024019390A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220089573 2022-07-20
KR10-2022-0089573 2022-07-20
KR10-2023-0065188 2023-05-19
KR1020230065188A KR20240012290A (ko) 2022-07-20 2023-05-19 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024019390A1 true WO2024019390A1 (ko) 2024-01-25

Family

ID=89618227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/009793 WO2024019390A1 (ko) 2022-07-20 2023-07-10 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024019390A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101679982B1 (ko) * 2015-09-14 2016-11-25 현대자동차주식회사 배터리 장치
KR20200107213A (ko) * 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20220021143A (ko) * 2020-08-13 2022-02-22 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20220030545A (ko) * 2020-09-03 2022-03-11 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
CN216015561U (zh) * 2021-07-22 2022-03-11 量道(深圳)储能科技有限公司 一种软包电池箱体及电池模组

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101679982B1 (ko) * 2015-09-14 2016-11-25 현대자동차주식회사 배터리 장치
KR20200107213A (ko) * 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20220021143A (ko) * 2020-08-13 2022-02-22 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20220030545A (ko) * 2020-09-03 2022-03-11 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
CN216015561U (zh) * 2021-07-22 2022-03-11 量道(深圳)储能科技有限公司 一种软包电池箱体及电池模组

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019203460A1 (ko) 디개싱 유로를 구비한 배터리 팩
WO2021221370A1 (ko) 개선된 고정 구조 및 가스 배출 구조를 갖는 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 전자 디바이스 및 자동차
WO2019235724A1 (ko) 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈
WO2017217641A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
WO2022080908A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2017039181A1 (ko) 이차 전지용 카트리지
WO2022080754A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021210805A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022080870A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2022250287A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2024019390A1 (ko) 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022108145A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021075688A1 (ko) 전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩
WO2021221415A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021221310A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021060712A1 (ko) 베이스 절연 부재가 구비된 배터리 모듈
WO2021002712A1 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치
WO2024019529A1 (ko) 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022216122A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022225168A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2024029801A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2022225172A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2024071883A1 (ko) 열 전파 방지구조가 개선된 팩 케이스
WO2024053838A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2024096483A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23843241

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1